Thiết kế bộ điều khiển cho bộ biến đổi DC DC boost converter

Thiết kế bộ điều khiển cho bộ biến đổi DC-DC Boost Converter

Nhóm sinh viên thực hiện:

Thiết kế bộ điều khiểnMô phỏng kiểm chứng

Mô hình hóa đối tượngCơ sở lý thuyết

Mục lục

C s lý thuy tơ ởế

Đi u khi n đi n t công su t_Nhóm 7_20202ều khiển điện tử công suất_Nhóm 7_20202ển điện tử công suất_Nhóm 7_20202ện tử công suất_Nhóm 7_20202ử công suất_Nhóm 7_20202ất_Nhóm 7_202023

1 Sơ đồ mạch lực

• Độ đập mạch dòng điện qua cuộn cảm: (A) (

 

E DL



Mô hình hóa đ i tố ượng

Đi u khi n đi n t công su t_Nhóm 7_20202ều khiển điện tử công suất_Nhóm 7_20202ển điện tử công suất_Nhóm 7_20202ện tử công suất_Nhóm 7_20202ử công suất_Nhóm 7_20202ất_Nhóm 7_202024



Mô hình hoá đ i tối tượng ượngng

Đ a vào hai ưhàm ch ng ứng nh n hận h 1, h2

Đ a vào hàm ưđóng c t ắt u ={0,1}

Bi n đ i ến đổi ổi

phương trình ng trình trên thành d ng bilinearạng bilinear

Mô hình hoá đ i tối tượng ượngng

2 Mô hình trung bình tín hiệu lớn DC

      

Rút gọn

 Đặt: (Thay các giá trị tức thời bằng giá trị trung bình)

Đạo hàm tại giá trị xác lập là bằng 0

Mô hình hoá đ i tối tượng ượngng

3 Mô hình trung bình, tín hiệu nhỏ AC

Tuy n tính hóa quang đi m làm vi c cân b ng v i các ến đổi ểm làm việc cân bằng với các ệc cân bằng với các ằng với các ới các bi n đ ng nh :ến đổi ộng nhỏ:ỏ:

, 1, ,, 1, ,

, 1, ,, 1, ,

Thay các bi n đ ng vào phến đổi ộng nhỏ:ương trình ng trình tr ng thái:ạng bilinear

Thi t k b đi u khi nến đổi ến đổi ộng nhỏ: ều khiểnểm làm việc cân bằng với các

1 Khảo sát ảnh hưởng biến thiên hệ số điều chế đến điện áp ra

Phép biển đổi Laplace

 Xét v i hai bi n đ u ra ới các ến đổi ầu ra

1 Đi n áp đ u ra:ện tử công suất_Nhóm 7_20202ầu ra:2 Dòng qua cu n c m:ộn cảm:ảm:

 Mô hình tín trung bình, tín hiệu nhỏ AC:

Phân tích đ c đi m c a hàm truy n: ặc điểm của hàm truyền:​ểm làm việc cân bằng với các ủa Boost Converterều khiển

• C hai đ u có cùng m u s là khâu b c hai ả hai đều có cùng mẫu số là khâu bậc hai ều khiểnẫu số là khâu bậc hai ối tượngận hcó dao động

• Hàm truyền điện áp có điểm zero bên phải trục ảo, đây là khâu không tối thiểu về góc pha, gây khó khăn khi điều khiển điện áp ra • Hàm truyền dòng điện điều khiển có điểm zero bên trái trục ảo nên

không ảnh hưởng đến tính ổn định do đó dễ thiết kế bộ điều khiển hơn

Tính toán trên Matlab

Thi t k b đi u khi nến đổi ến đổi ộng nhỏ: ều khiểnểm làm việc cân bằng với các

Thi t k b đi u khi nến đổi ến đổi ộng nhỏ: ều khiểnểm làm việc cân bằng với các

2 Thực hiện tìm hàm truyền bằng công cụ Matlab

Tần số cắt: 13.353kHZĐộ dự trữ pha: -83.2 degree

=> Hệ không ổn định cần cải thiện độ dự trữ pha

Hàm truyền Gvd

Tần số cắt: 6.732kHZĐộ dự trữ pha: 86.7 degree

Hàm truyền Gid

Thi t k b đi u khi nến đổi ến đổi ộng nhỏ: ều khiểnểm làm việc cân bằng với các

2 Thực hiện tìm hàm truyền bằng công cụ Matlab

Tần số cắt: 13.353kHZĐộ dự trữ pha: -83.2 degree

=> Hệ không ổn định cần cải thiện độ dự trữ pha

Hàm truyền Gvd

Tần số cắt: 6.732kHZĐộ dự trữ pha: 86.7 degree

Hàm truyền Gid

Thi t k b đi u khi nến đổi ến đổi ộng nhỏ: ều khiểnểm làm việc cân bằng với các

3 Thiết kế bộ điều khiển trực tiếp điện áp đầu ra

 Sử dụng bộ điều khiển PID có dạng:

Trong đó:

góc pha của bộ điều chỉnh tại tần số cắt fc

1 sin1 sin1 sin1 sin



Thi t k b đi u khi nến đổi ến đổi ộng nhỏ: ều khiểnểm làm việc cân bằng với các

3 Thiết kế bộ điều khiển trực tiếp điện áp đầu ra

 Chuyển hàm truyền về dạng tiêu chuẩn theo tần số ứng với các điểm zero và điểm cực

Trong đó:

VG

Thi t k b đi u khi nến đổi ến đổi ộng nhỏ: ều khiểnểm làm việc cân bằng với các Một điểm cực được đặt ở gốc mặt phẳng phức (mạch vong thành phần

tích phân)

Các tần số điểm không (zeros) được đặt tại lân cận tại tần số cộng

hưởng của đối tượng (hàm truyền quan hệ giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế).

Thi t k b đi u khi nến đổi ến đổi ộng nhỏ: ều khiểnểm làm việc cân bằng với các

3 Thiết kế bộ điều khiển trực tiếp điện áp đầu ra

286.0380 Hz



Thi t k b đi u khi nến đổi ến đổi ộng nhỏ: ều khiểnểm làm việc cân bằng với các

3 Thiết kế bộ điều khiển trực tiếp điện áp đầu ra

Đồ thị bode của hệ sau khi có bộ bù

Bode của hàm truyền Gvd(s)*Gc(s)

Tại tần số cắt 600Hz (3.76e+03 rad/s):

Mô ph ng ki m ch ngỏ:ểm làm việc cân bằng với các ứng

1 Mô hình đóng cắt và mô hình trung bình tín hiệu lớn DC

Mô ph ng ki m ch ngỏ:ểm làm việc cân bằng với các ứng

 Kết quả mô phỏng

Mô hình trung bình tín hiệu lớn DC và mô hình đóng cắt:

1 Mô hình đóng cắt và mô hình trung bình tín hiệu lớn DC

Nhận xét:

• Mô hình trung bình bám theo mô hình chính xác ngày từ lúc bắt đầu

Mô ph ng ki m ch ngỏ:ểm làm việc cân bằng với các ứng

 Sơ đồ mô phỏng

2 Điều khiển trực tiếp điện áp

Mô phỏng đáp ứng khi tín hiệu là tín hiệu bước nhảy thay đổi điện áp đầu vào từ 15V lên 20V tại thời điểm 0.25s trong tổng thời gian là 0.5s

Có bổ sung một khâu lọc thông thấp với tần số cắt 1kHz cho lượng đặt điện áp với ý nghĩa là một thành phần khởi động mềm (soft start) cho hệ điều khiển

Mô ph ng ki m ch ngỏ:ểm làm việc cân bằng với các ứng

Mô ph ng ki m ch ngỏ:ểm làm việc cân bằng với các ứng

2 Điều khiển trực tiếp điện áp

 Nhận xét:

• Không còn quá điều chỉnh

• Tín hiệu điện áp đầu ra bám giá trị đặt sau 0.04s, lớn hơn so với khi chưa có bộ điều chỉnh.

• Phần trăm điện áp đập mạch ứng với điện áp đầu ra 15V là thấp hơn so với 20V nhưng ở điện áp 20V thì độ đập mạch hầu như là không thay đổi.

Thanks for watching !